Der Tanz auf dem Vulkan

Man soll die Dinge so einfach wie möglich machen, aber nicht einfacher.

(Albert Einstein)

Autorin Dr. rer. nat. Patricia Lefèvre

Zum heutigen Einstieg ins Thema möchte ich einige Schlagwörter anführen.

– Replikationswert

– Variants of Concern

– N501Y

– Mutation D614G

Sind Ihnen diese vier Schlagwörter ein Begriff? Wenn nicht, sollten Sie den Artikel lesen.

Einleitung

Seit Ende 2019 hält ein Virus die Welt in Atem und je länger und mehr es Informationen über Covid-19 gibt, um so mehr Unsinn wird via Internet und dubiosen Medien verbreitet. Vielen Menschen ist die Gefahr der Mutationen von Sars-CoV-2 offensichtlich nicht bewusst.

Je mehr Mutationen es gibt, um so schwieriger wird es, eine Ausbreitung zu stoppen. Maßnahmen, die bisher die Verbreitung erfolgreich eingedämmt haben, könnten dann nicht mehr ausreichen.

Gelingt es beispielsweise den Replikationswert R für die Wildform des Virus auf 0,8 zu senken und damit die Zahl der Infizierten nach und nach zu reduzieren, würde ein um rund 35 Prozent ansteckenderes Virus sich bei gleichen Maßnahmen weiter ausbreiten und Infektionsketten in Gang setzen.

Mutationen sind normal

Das Aufkommen neuer Virusvarianten ist nichts Ungewöhnliches: Viren – so auch der Sars-CoV-2-Erreger – verändern bei der Replikation immer wieder zufällig ihr Erbgut. Die meisten solcher Mutationen sind bedeutungslos. Manche aber sind vorteilhaft für das Virus und setzen sich durch.

Auf diese Weise sind Viren in der Lage, sich schnell an die Umwelt und ihren Wirt anzupassen. Dies ist Teil ihrer evolutionären Strategie. Inzwischen sind bei Sars-CoV-2 aber sogenannte „Variants of Concern“ (VoC) aufgetaucht – also Varianten, die Experten Sorge bereiten. Ihnen gemein ist, dass sie ansteckender als die ursprüngliche Form von Sars-CoV-2 sind.

Dabei handelt es sich um folgende vier Varianten:

• Alpha: Die auch B.1.1.7 genannte Linie verbreitet sich ausgehend von Großbritannien.

• Beta: Die auch B.1.351 genannte Linie verbreitet sich ausgehend von Südafrika.

• Gamma: Die auch P.1 genannte Linie verbreitet sich ausgehend von Brasilien.

• Delta: Die auch B.1.617 genannte Linie verbreitet sich ausgehend von Indien.

Virusvariationen werden in sogenannte Kladen oder Linien gruppiert – Forscher erstellen also eine Art „Stammbaum des Coronavirus“. Jede Variante wird gemäß ihrer Erbgut-Eigenschaften charakterisiert und mit einer Buchstaben-Zahlen-Kombination versehen. Ob nun ein bestimmter Virusstamm gefährlicher ist oder nicht, lässt sich anhand dieser Bezeichnung allerdings nicht ablesen – sie dient lediglich der systematischen Erfassung und Dokumentation.

Übrigens: Die Weltgesundheitsorganisation (WHO) regte jüngst an, neue Bezeichnungen für die wichtigsten Sars-CoV-2-Varianten einzuführen. Laut WHO sollen einzelne Virusvarianten nun aufsteigend nach dem griechischen Alphabet benannt werden. Diese neue, einfachere und vor allem neutrale Beschreibung soll verhindern, dass neue Virusvarianten mit dem Ort ihres erstmaligen Nachweises gleichgesetzt werden. Dies soll ungerechtfertigten und wissenschaftlich unbegründeten Stigmata, Diskriminierung und Vorurteilen gegenüber einzelnen Ländern in der öffentlichen Debatte vorbeugen.

Die Veränderungen des Coronavirus

Dem Coronavirus stehen prinzipiell zwei Wege offen, um sich „erfolgreich“ weiter zu entwickeln: Es verändert sich so, dass es besser in die menschliche Zelle gelangen kann, um dadurch ansteckender zu werden, oder es versucht durch Anpassung unserem Immunsystem zu „entkommen“:

– Verbesserter Zelleintritt: Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn sich innerhalb der sogenannten Rezeptor-Bindungsdomäne (RBD) des Spike-Proteins (für das Virus) vorteilhafte Veränderungen entwickeln: Das Spike-Protein ist der „Türöffner“ für menschliche Zellen. Je stärker dabei die Wechselwirkung mit dem ACE2-Rezeptor der menschlichen Zelle ist, desto leichter gelangt ein Viruspartikel ins Zellinnere – und desto ansteckender und gefährlicher ist die jeweilige Virusvariante.

– Fluchtmutation: Hier handelt es sich um Veränderungen, die es dem Coronavirus ermöglichen dem Immunsystem „zu entkommen“. Das Virus verändert dann seine äußere Gestalt in der Form, dass die (bereits gebildeten) Antikörper einer Erstinfektion oder Impfung es nun schlechter „erkennen“ und neutralisieren können. Man spricht auch von „Escape-Mutationen“ oder „Immune-Escape“. Zweitinfektionen könnten dadurch wahrscheinlicher werden.

Es kommen weitere Virusvarianten hinzu

Je länger die Pandemie andauert, desto mehr Infektionen, desto mehr Variationen und Mutationen des Coronavirus. Seit gut eineinhalb Jahren dauert die Corona-Pandemie nun an: Zum Stichtag des 09.06.2021 meldet das Johns Hopkins Coronavirus Resource Center (CRC) inzwischen rund 174 Millionen Infektionsfälle weltweit.

Gelegenheit genug für das Coronavirus vielfältige Veränderungen (Variationen) des Erbguts anzuhäufen. Da nicht jedes Land der Erde eine flächendeckende medizinische Versorgung bieten kann oder auch dieselben Test- und Dokumentationskapazitäten besitzt, kann man von einer hohen weltweiten Dunkelziffer ausgehen. Diese enormen Fallzahlen – und die damit einhergehenden Erbgutveränderungen von Sars-CoV-2 – spiegeln sich in der inzwischen ausgedehnten Verbreitung einer Vielzahl neuer Virusvarianten wider.

Alpha: Die B.1.1.7-Linie

Die Coronavirus-Variante Alpha (B.1.1.7) wurde erstmals in Großbritannien nachgewiesen. B.1.1.7 breitete sich seit Herbst 2020 ausgehend vom Südosten Englands zunehmend auf dem europäischen Kontinent aus. Die B 1.1.7-Linie trägt mit 17 Mutationen auffällig viele Genveränderungen. Mehrere dieser Mutationen betreffen das Spike-Protein. Sehr bedeutsam ist dabei die N501Y-Mutation. Experten gehen davon aus, dass B.1.1.7 um rund 35 Prozent ansteckender ist als der Wildtyp von Sars-CoV-2. Gemäß einer Studie der Universitäten Exeter und Bristol, beträgt die beobachtete Sterblichkeitsrate bei einer Infektion mit der britischen Virusvariante 4,1 Personen auf 1000 Fälle. Eine Infektion mit B.1.1.7 ohne vorherige Impfung birgt also ein rund 64 Prozent höheres Risiko für tödliche Verläufe – verglichen mit der ursprünglichen Virusvariante. Allerdings lässt sich noch nicht beurteilen, ob Personen mit bestimmten Vorerkrankungen (Diabetes, Bluthochdruck, etc.) besonders gefährdet sind. Diese Untersuchung wurde vor dem flächendeckenden Einsatz von Coronavirus-Impfstoffen in Großbritannien durchgeführt. Vorläufige Daten deuten an, dass die Impfstoffe Comirnaty und VaxZevria eine hohe Wirksamkeit gegen die B.1.1.7-Linie aufweisen.

Beta: Die B.1.351-Linie

Die B.1.351-Linie (501Y.V2) – nach der neuen WHO-Nomenklatur auch Beta genannt – breitete sich zuerst in Südafrika aus. Neben N501Y liegen hier weitere Mutationen (E484K, K417N) des Spike-Proteins vor. Entwickelt hat sich die Mutante sehr wahrscheinlich als Folge einer hohen Durchseuchung der südafrikanischen Bevölkerung mit dem Virus. Südafrika verzeichnete schon in den Sommermonaten 2020 großflächige Corona-Ausbrüche. Insbesondere in den Townships fand das Virus wohl ideale Bedingungen, um sich sprunghaft zu verbreiten. Das bedeutet: Sehr viele Menschen waren schon immun gegenüber der ursprünglichen Form von Sars-CoV-2 – das Virus musste sich verändern. Forscher bezeichnen eine solche Situation als Evolutionsdruck. Daher hat sich eine neue Virusvariante durchgesetzt, die der ursprünglichen Form überlegen war, weil sie unter anderem ansteckender ist. Die zusätzliche Mutation E484K gilt unter Experten als mögliche Fluchtmutation: Also eine „Flucht-Anpassung“ des Coronavirus an das menschliche Immunsystem. Das könnte bedeuten, dass Antikörper, die das Immunsystem gegen die ursprüngliche Form von Sars-CoV-2 entwickelt hat, B.1.351 nicht mehr vollständig erkennen könnten. Betroffene könnten sich also ein zweites Mal anstecken. Vorläufige Daten deuten an, dass der Impfstoff Comirnaty auch gegen die B.1351-Linie eine hohe Wirksamkeit aufweist. VaxZevria hingegen könnte gemäß einer vorläufigen Stellungnahme der Autoren Madhi et al. eine herabgesetzte Wirksamkeit besitzen.

Gamma: Die P.1-Linie

Eine neue zirkulierende Variante namens P.1 – zuvor bekannt als B.1. 1.28.1*, nun Gamma genannt – wurde erstmals im Dezember 2020 im Norden Brasiliens entdeckt. In Übereinstimmung zur Alpha-Variante (B.1.1.7) und der Beta-Variante (B.1.351), weist auch P.1 die wichtige N501Y Mutation auf. Auch dieser P.1-Virus-Stamm ist hoch ansteckend. Sie entwickelte und verbreitete sich ursprünglich in der Amazonas-Region. Die Ausbreitung der Variante geht zeitlich mit dem sprunghaften Anstieg Covid-19-bedingter Krankenhauseinweisungen in dieser Region Mitte Dezember 2020 einher. Auch in Brasilien konnte sich das Virus lange Zeit ideal vermehren. Dadurch war ein hoher Durchseuchungsgrad der Bevölkerung gegeben. Wie in Südafrika könnte das der Grund für einen entsprechend hohen Anpassungsdruck auf das Virus gewesen sein. Auch hier musste das Virus über einen längeren Zeitraum gegen das menschliche Immunsystem „antreten“. So hat sich eine einzigartige, für das Virus günstige Kombination spezifischer Mutationen durchgesetzt. Fachkreise sind zudem beunruhigt, weil P.1 – neben anderen – auch die Mutation E484K aufweist. Auch das brasilianische Virus könnte demnach Menschen, die bereits mit Sars-CoV-2 infiziert waren, erneut anstecken. So mehren sich Berichte aus der schwer betroffenen Amazonas-Region, dass P.1 nachweislich bereits genesene Covid-19 Patienten erneut infiziert.

Delta: Die B.1.617.2-Linie

Die Delta-Variante von Sars-CoV-2 breitet sich auch in Deutschland aus. Zwar ist der Anteil mit derzeit 6,2 Prozent (Stand 17.06.2021) der Infizierten noch gering, doch hatte er sich innerhalb einer Woche nahezu verdoppelt. Experten gehend davon aus, dass sich die Variante auch in Deutschland durchsetzen wird. Die Situation in Großbritannien, wo sich schon mehr als 90 Prozent der Infizierten mit Delta angesteckt haben, zeigt, dass dieses Virus das Potenzial hat, sich auch unter und durch Menschen weiterzuverbreiten, die nur eine Impfung erhalten haben. Die gute Nachricht lautet dabei: Mit der zweiten Immunisierung kann auch dieses Virus wirksam eingeschränkt werden.

Höhere Ansteckungsgefahr durch Delta

Ein Mensch, der mit Delta infiziert ist, steckt die Mitglieder seines Haushalts mit um 60 Prozent höherer Wahrscheinlichkeit an als mit der Alpha-Variante Infizierte. Und schon diese war bereits deutlich ansteckender als eine Infektion mit der ursprünglichen Variante von Sars-CoV-2.

Delta ist gefährlicher als das ursprüngliche Virus

Es ist davon auszugehen, dass die Delta Variante höchst wahrscheinlich ansteckender ist, als die erste Variante.Eine im renommierten Fachmagazin „The Lancet“ veröffentlichte Studie aus Schottland zeigt, dass das Risiko, aufgrund einer Infektion mit Delta im Krankenhaus behandelt werden zu müssen, doppelt so hoch ist wie bei der ursprünglichen Variante.

Impfungen schützen

Allerdings ist zumindest der Schutz nach nur einer AstraZeneca-Impfung, die sonst sogar besser wirkte als eine Spritze von BioNTech, deutlich schwächer als gegen die ursprüngliche Virusform und andere, bereits bekannte Varianten. Auch nach der zweiten Spritze scheint der Schutz reduziert.

BioNTech/Pfizer schützt nach der zweiten Impfdosis zu 79 Prozent vor einer Erkrankung gegen Delta im Vergleich zu 92 Prozent gegen die zunächst in Großbritannien nachgewiesene Alpha-Variante. Nach einer Impfung mit AstraZeneca liege der Schutz nach der zweiten Impfdosis bei 60 Prozent im Vergleich zu 73 Prozent. Diese Zahlen beziehen sich aber auch auf leichte und mittelschwere symptomatische Verläufe. Wie gut die Impfungen vor schweren Verläufen und dem Tod schützen, ist nicht berücksichtigt. Doch gerade hier könnte die Schutzbewertung deutlich besser ausfallen.

Delta-Virus – immunologische Fakten

Die Delta-Variante des Coronavirus (B.1.617) wurde zuerst in Indien gefunden. Sie zeigt drei Untervarianten und vereinigt mehrere charakteristische Veränderungen. Eine solche Bündelung wurde zum ersten Mal in einer Virusvariante nachgewiesen. Dabei handelt es sich einerseits um Veränderungen im Spike-Protein, das als „Schlüssel” für die menschliche Zelle gilt. Andererseits weist B.1.617 auch Veränderungen auf, die als (mögliche) Flucht-Mutation diskutiert werden. Konkret vereint B.1.617 folgende Mutationen:

• Die Mutation D614G: Sie kann das Coronavirus ansteckender machen. Erste Modellierungen deuten an, dass B.1.617 dadurch mindestens so leicht übertragen wird wie die sehr ansteckende Alpha-Variante (B.1.1.7).

• Die Mutation E484K: Wurde auch in der Beta-Variante (B.1.351) und der Gamma-Variante (P.1) gefunden. Sie steht im Verdacht, das Virus unempfindlicher gegen bereits gebildete neutralisierende Antikörper zu machen.

• Die Mutation L452R: Sie wird ebenfalls als mögliche Fluchtmutation diskutiert. Coronavirus-Stämme mit der L452R-Mutation waren in Laborexperimenten teilweise resistent gegen bestimmte Antikörper.

Weitere bekannte Virusvarianten

Daneben entwickelten sich zusätzliche Sars-CoV-2-Virusvarianten, die sich vom Wildtyp unterscheiden – Experten zählen sie derzeit jedoch noch nicht zu den VOC. Diese Virusstämme bezeichnet man entsprechend als „Variants of Interest“ (VOI) – also Varianten von besonderem Interesse. Es ist es noch nicht klar, welchen Einfluss diese aufstrebenden VOI auf das Pandemiegeschehen haben könnten. Sollten sie sich gegen bereits zirkulierende Virenstämme behaupten und durchsetzen, könnten auch sie zu entsprechenden VOC heraufgestuft werden.

Varianten von besonderem Interesse

Zu diesen VOI zählen gemäß Angaben des Europäischen Zentrums für die Prävention und die Kontrolle von Krankheiten (ECDC) momentan:

• Epsilon: Zuerst entdeckt in Kalifornien (B.1.427 sowie B.1.429)

• Zeta: Zuerst in Brasilien entdeckt (P.2)

• Eta: In vielen Ländern nachgewiesen (B.1.525)

• Theta: Zuerst auf den Philippinen entdeckt (P.3)

• Iota: Zuerst in den USA im Großraum New York entdeckt (B.1.526)

• Kappa: Zuerst in Indien entdeckt (B.1.617.1)

Daneben gibt es weitere VOI, die noch nicht nach den neuen WHO-Nomenklatur beschrieben werden:

• B.1.616 zuerst in Frankreich entdeckt.

• B.1.620 unbekannten Ursprungs.

• B.1.621 zuerst in Kolumbien entdeckt.

Varianten unter Beobachtung

Im erweiterten Fokus befinden sich zudem die sogenannten „Variants under monitoring“ (VUM) – allerdings fehlen zu diesen noch belastbare, systematische Daten. Meist liegt ausschließlich der Beweis ihrer bloßen Existenz vor. Sie umfassen sporadisch vorkommende Varianten oder auch „modifizierte“ – besser gesagt weiterentwickelte – Abkömmlinge bereits bekannter Mutationen.

Zu diesen seltenen VUM zählen gemäß Angaben des ECDC momentan:

• Varianten unbekannten Ursprungs: B.1.214.2, A.27, A.28, C.16 und B.1.1.318

• Weitere Varianten, die erstmals in Südafrika nachgewiesen wurden: B.1.351+E516Q und B.1.351+P384L

• Weitere Varianten, die erstmals in Großbritannien nachgewiesen wurden: B.1.1.7+L452R und B.1.1.7+S494P, A.23.1+E484K

• Weitere Varianten, die erstmals in den USA nachgewiesen wurden: B.1.526.1, B.1.526.2

• Variante, die erstmals in Russland nachgewiesen wurde: AT.1

• Variante, die erstmals in Ägypten nachgewiesen wurde: C.36+L452R

• Variante, die erstmals in Peru nachgewiesen wurde: C.37

Schützen Impfstoffe

Dies lässt sich nicht pauschal beantworten. In Fachkreisen wird eine mögliche verminderte Schutzwirkung der neu entwickelten Impfstoffe rege diskutiert. Bislang geben die Impfstoffhersteller und vorläufige Untersuchungen diesbezüglich aber Entwarnung. Comirnaty zeigt beispielsweise in ersten Untersuchungen eine vergleichbare Wirksamkeit gegen die Alpha-Variante (B.1.1.7) und Beta-Variante (B.1.351). VaxZevria scheint ebenfalls bei der B.1.1.7 guten Schutz zu vermitteln, allerdings könnte die Wirksamkeit gegen die B.1.351-Linie vermindert sein. Inwiefern die anderen Impfstoffe von Moderna und Johnson & Johnson sich gegen die veränderten Virusvarianten behaupten, ist noch nicht abschließend geklärt. Wenn sich das Virus zunehmend weiterentwickelt, könnte eine Anpassung der Impfstoffe nötig sein. Aufgrund des Fortschritts in der Impfstoffentwicklung ist dies jedoch in kurzer Zeit möglich. Noch vermitteln jedoch alle in der europäischen Union zugelassenen Impfstoffe einen wirksamen und ausreichenden Schutz – insbesondere vor schweren und tödlichen Covid-19-Verläufen.

Die Schnelligkeit der Mutationen

Auch in Zukunft wird sich Sars-CoV-2 durch Mutationen weiter an das menschliche Immunsystem und an eine (teilweise) geimpfte Bevölkerung anpassen. Wie schnell das geschieht, hängt maßgeblich von der Größe der aktiv infizierten Population ab. Je mehr Infektionsfälle – regional, national wie international – auftreten, desto stärker vermehrt sich das Coronavirus – und desto häufiger treten auch Mutationen auf. Im Vergleich zu anderen Viren mutiert das Coronavirus jedoch verhältnismäßig langsam. Experten gehen bei einer Gesamtlänge des Sars-CoV-2-Erbguts von etwa 30 000 Basenpaaren von ein bis zwei Mutationen pro Monat aus. Zum Vergleich: Grippe-Viren (Influenza) mutieren im selben Zeitraum zwei- bis viermal so häufig.

Fazit

Vor einzelnen Coronavirus-Mutationen selbst, können Sie sich nicht gezielt schützen – einzige Möglichkeit besteht darin sich nicht zu infizieren. Im Allgemeinen gilt: Halten Sie die Hygieneregeln ein, wahren Sie Abstand und tragen Sie Ihre FFP2-Maske in der Öffentlichkeit. Sollten Sie sich impfen lassen, so genießen Sie zudem eine gute Grundimmunität gegen schwere Verläufe.Wird das Sars-CoV-2 ansteckender, wird es auch schwieriger, seine Ausbreitung zu stoppen. Maßnahmen, die bisher die Verbreitung erfolgreich eingedämmt haben, könnten dann nicht mehr ausreichen.

Bleiben Sie Gesund.

Dr. rer. nat. Patricia Lefèvre, Dijon, 30. Juli 2021

Quelle: Dr. Maximilian Reindl, (Bio-)Chemiker, LMU München

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Über drpatricialefevre

Mein Name ist Patricia Lefèvre,  ich bin deutsch-französin. Meine Eltern sind deutsche und ich bin in Frankreich geboren. Mein Vater ist Ingenieur für Fahrzeugbau, meine Mutter Apothekerin. Da beide in frühen Jahren die Liebe zu Frankreich entdecken und nicht nur um dort Urlaub zu machen, gingen sie Anfang der 70er nach Frankreich. Mein Vater arbeitete bei Citroën in der Getriebeentwicklung im Werk in Metz und meine Mutter als Apothekerin in Metz. Ende der 70er wurde in Trèmery, bei Metz, ein neues Motorenwerk von Citroën und Peugeot gebaut, welches heute das größte Dieselmotorenwerk der Welt ist. Da die kleine Gemeide Trèmery in kürzester Zeit wuchs, beschlossen meine Eltern sich mit einer Apotheke selbständig zu machen. So wurde mir von beiden der Grundstock von Wissenschaft von Kindheit an mitgegeben. Da ich immer wissen wollte wie was und warun funktioniert oder so ist, studierte ich in Paris an der Universität Pierre et Marie Curie, nach Pierre und Marie Skłodowska Curie benannt, Physik und Mathematik. Nach dem Studium blieb ich an der Uni, wechselte dort zu ISIR - Institute of Intelligent Systems and Robotics. 2005 ging ich aus privaten Gründen zu meinen Großeltern nach Reutlingen und studierte an der Uni Tübingen Nanotechnologie. 2008 wurde ich Dozentin für Angewandte Physik. 2010 wurde meine Tochter und 2013 mein Sohn in Reutlingen geboren. In dieser Zeit schrieb ich auch meine Dissertation. Im Herbst 2019 ging ich mit meiner Familie nach Frankreich und bin seit dieser Zeit an der UBFC - Université Bourgogne Franche-Comté, in der Forschung der Nanotechnologie. Da die UBFC eng mit der ESA - European Space Agency,  im Bereich Nanotechnologie zusammen arbeitet, ist dies für mich nochmals eine Herausforderung in der unglaublichen Weite dieser Technologie. Ich bin ein Naturmensch und diese erlebe ich zu Fuß, mit dem Rad oder Kanu. Wann immer es die Zeit zulässt, gehe ich mit der Familie, oder auch eine Woche alleine mit meinem Hund campen und dies nicht nur im Juli oder August. Rucksack, Zelt und ne Flasche Wein - mehr brauche ich für ein Wochenende nicht. Ich habe einen Jagdschein und besorge das Abendessen selbst. Ich weiß, dass dieses Thema sehr kontrovers diskutiert wird und gerade jene am lautesten schreien, die die wenigste Ahnung von Naturschutz haben.

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